Глава I. Первоначальные химические понятия. § 8. Валентность — с. 46
§ 8. Примените свои знания.
5. Запишите формулы сульфатов калия, магния и алюминия, если сульфаты — это соединения металла с остатком серной кислоты H₂SO₄.
Остаток серной кислоты SO₄ связан с двумя атомами водорода, поэтому его валентность равна II. Калий одновалентен, магний двухвалентен, алюминий трёхвалентен.
K(I) и SO₄(II): НОК = 2, у калия 2 : 1 = 2, у остатка 2 : 2 = 1 — K₂SO₄, сульфат калия.
Mg(II) и SO₄(II): НОК = 2, индексы 1 и 1 — MgSO₄, сульфат магния.
Al(III) и SO₄(II): НОК = 6, у алюминия 6 : 3 = 2, у остатка 6 : 2 = 3; группа атомов повторяется три раза, поэтому её заключаем в скобки — Al₂(SO₄)₃, сульфат алюминия.
K(I) и SO₄(II): НОК = 2, у калия 2 : 1 = 2, у остатка 2 : 2 = 1 — K₂SO₄, сульфат калия.
Mg(II) и SO₄(II): НОК = 2, индексы 1 и 1 — MgSO₄, сульфат магния.
Al(III) и SO₄(II): НОК = 6, у алюминия 6 : 3 = 2, у остатка 6 : 2 = 3; группа атомов повторяется три раза, поэтому её заключаем в скобки — Al₂(SO₄)₃, сульфат алюминия.
§ 8. Примените свои знания.
6. Запишите формулы гидроксидов натрия, железа(II) и железа(III), если гидроксиды — это соединения, содержащие атомы металла и одновалентные гидроксильные группы —OH.
Гидроксильная группа OH одновалентна (I).
Na(I) и OH(I): НОК = 1, индексы 1 и 1 — NaOH, гидроксид натрия.
Fe(II) и OH(I): НОК = 2, у железа 2 : 2 = 1, у группы 2 : 1 = 2 — Fe(OH)₂, гидроксид железа(II).
Fe(III) и OH(I): НОК = 3, у железа 1, у группы 3 : 1 = 3 — Fe(OH)₃, гидроксид железа(III).
Группу OH при индексе больше 1 заключаем в скобки.
Na(I) и OH(I): НОК = 1, индексы 1 и 1 — NaOH, гидроксид натрия.
Fe(II) и OH(I): НОК = 2, у железа 2 : 2 = 1, у группы 2 : 1 = 2 — Fe(OH)₂, гидроксид железа(II).
Fe(III) и OH(I): НОК = 3, у железа 1, у группы 3 : 1 = 3 — Fe(OH)₃, гидроксид железа(III).
Группу OH при индексе больше 1 заключаем в скобки.
§ 8. Используйте дополнительную информацию.
7. Создайте шаростержневые модели молекул метана, воды, углекислого газа, аммиака из пластилина и нарезанных одинаковыми кусочками трубочек для напитков.
Модель строят по структурным формулам: шар — атом, стержень (отрезок трубочки) — валентный штрих, поэтому число стержней у шара равно валентности атома.
Материалы: пластилин разных цветов (например, чёрный или серый для углерода, белый для водорода, красный для кислорода, синий для азота), трубочки, нарезанные на одинаковые отрезки.
Метан CH₄: серый шар углерода, из него выходят четыре стержня (углерод четырёхвалентен), на концах — четыре белых шарика водорода.
Вода H₂O: красный шар кислорода с двумя стержнями (кислород двухвалентен) и двумя белыми шариками водорода на концах; молекула получается уголковой.
Углекислый газ CO₂: серый шар углерода, к нему двумя стержнями каждый (двойная связь, O=C=O) присоединены два красных шара кислорода; у углерода всего 4 стержня, у каждого кислорода — 2.
Аммиак NH₃: синий шар азота с тремя стержнями (азот трёхвалентен) и тремя белыми шариками водорода.
Проверка: у каждого шарика должно быть занято столько стержней, какова валентность атома (H — 1, O — 2, N — 3, C — 4), свободных концов остаться не должно.
Материалы: пластилин разных цветов (например, чёрный или серый для углерода, белый для водорода, красный для кислорода, синий для азота), трубочки, нарезанные на одинаковые отрезки.
Метан CH₄: серый шар углерода, из него выходят четыре стержня (углерод четырёхвалентен), на концах — четыре белых шарика водорода.
Вода H₂O: красный шар кислорода с двумя стержнями (кислород двухвалентен) и двумя белыми шариками водорода на концах; молекула получается уголковой.
Углекислый газ CO₂: серый шар углерода, к нему двумя стержнями каждый (двойная связь, O=C=O) присоединены два красных шара кислорода; у углерода всего 4 стержня, у каждого кислорода — 2.
Аммиак NH₃: синий шар азота с тремя стержнями (азот трёхвалентен) и тремя белыми шариками водорода.
Проверка: у каждого шарика должно быть занято столько стержней, какова валентность атома (H — 1, O — 2, N — 3, C — 4), свободных концов остаться не должно.
§ 8. Используйте дополнительную информацию.
8. Подготовьте сообщение «История развития понятия „валентность“».
План сообщения.
1. Предпосылки. В XIX в. химики установили, что атомы разных элементов соединяются друг с другом в строго определённых отношениях: например, на один атом кислорода приходится два атома водорода (H₂O), на один атом азота — три (NH₃). Ж. Л. Пруст сформулировал закон постоянства состава веществ.
2. Возникновение понятия. В 1852 г. английский химик Э. Франкланд ввёл представление о «соединительной силе» атомов, или «ёмкости насыщения»: каждый атом способен присоединить ограниченное число других атомов. Позже для этого свойства закрепился термин «валентность» (от лат. valentia — сила).
3. Структурная теория. А. Кекуле (1857–1858) установил, что углерод четырёхвалентен, а А. М. Бутлеров (1861) создал теорию химического строения, где валентность атомов определяет порядок их соединения в молекуле. Появились структурные формулы с чёрточками — валентными штрихами.
4. Периодическая система. Д. И. Менделеев показал, что высшая валентность элемента по кислороду совпадает с номером группы, а валентность по водороду равна 8 минус номер группы; валентность стала периодически изменяющимся свойством.
5. Современный взгляд. После открытия электрона и строения атома (начало XX в.) валентность связали с числом электронов, участвующих в образовании химических связей (работы Г. Льюиса, В. Косселя, Н. Бора); вместе с ней стали использовать понятие степени окисления.
6. Вывод. Понятие валентности прошло путь от формального числа «связей» до объяснения через строение атома и остаётся основой для составления формул веществ.
1. Предпосылки. В XIX в. химики установили, что атомы разных элементов соединяются друг с другом в строго определённых отношениях: например, на один атом кислорода приходится два атома водорода (H₂O), на один атом азота — три (NH₃). Ж. Л. Пруст сформулировал закон постоянства состава веществ.
2. Возникновение понятия. В 1852 г. английский химик Э. Франкланд ввёл представление о «соединительной силе» атомов, или «ёмкости насыщения»: каждый атом способен присоединить ограниченное число других атомов. Позже для этого свойства закрепился термин «валентность» (от лат. valentia — сила).
3. Структурная теория. А. Кекуле (1857–1858) установил, что углерод четырёхвалентен, а А. М. Бутлеров (1861) создал теорию химического строения, где валентность атомов определяет порядок их соединения в молекуле. Появились структурные формулы с чёрточками — валентными штрихами.
4. Периодическая система. Д. И. Менделеев показал, что высшая валентность элемента по кислороду совпадает с номером группы, а валентность по водороду равна 8 минус номер группы; валентность стала периодически изменяющимся свойством.
5. Современный взгляд. После открытия электрона и строения атома (начало XX в.) валентность связали с числом электронов, участвующих в образовании химических связей (работы Г. Льюиса, В. Косселя, Н. Бора); вместе с ней стали использовать понятие степени окисления.
6. Вывод. Понятие валентности прошло путь от формального числа «связей» до объяснения через строение атома и остаётся основой для составления формул веществ.
§ 9. Вопрос в начале параграфа. При физических явлениях состав веществ не изменяется. При химических явлениях из одних веществ образуются другие вещества со свойствами, отличными от свойств исходных веществ: из растворимых веществ могут получиться нерастворимые, из твёрдых — газообразные, из бесцветных — окрашенные и т. д. Какие признаки указывают на протекание химической реакции?
О протекании химической реакции судят по внешним признакам: 1) выпадение осадка; 2) растворение осадка; 3) изменение цвета или обесцвечивание раствора; 4) выделение газа; 5) появление или изменение запаха; 6) выделение или поглощение теплоты; 7) появление света (пламя, свечение). Например, при сливании растворов NaCl и AgNO₃ выпадает белый осадок AgCl, при действии кислоты на питьевую соду выделяется газ CO₂, при горении магния выделяются свет и теплота. Главный признак химической реакции — образование новых веществ.
§ 9. Лабораторный опыт 5. В одну пробирку налейте 1 мл раствора хлорида натрия, в другую — 1 мл раствора иодида калия. С помощью пипетки в каждую пробирку добавьте 4—5 капель раствора нитрата серебра. Что наблюдаете?
Наблюдения. В обеих пробирках сразу выпадают осадки: в пробирке с хлоридом натрия — белый творожистый осадок, в пробирке с иодидом калия — светло-жёлтый осадок. Растворы исходно были бесцветными.
Уравнения реакций:
NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃ (хлорид серебра, белый осадок)
KI + AgNO₃ = AgI↓ + KNO₃ (иодид серебра, жёлтый осадок)
Вывод. Образование осадков — нерастворимых новых веществ — признак химической реакции. По цвету осадка можно отличить хлорид-ион от иодид-иона: нитрат серебра служит реактивом на эти ионы.
Уравнения реакций:
NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃ (хлорид серебра, белый осадок)
KI + AgNO₃ = AgI↓ + KNO₃ (иодид серебра, жёлтый осадок)
Вывод. Образование осадков — нерастворимых новых веществ — признак химической реакции. По цвету осадка можно отличить хлорид-ион от иодид-иона: нитрат серебра служит реактивом на эти ионы.